Valg af enkugleskrue til høj-drifter ikke blot et spørgsmål om at vælge en model mærket "høj hastighed". Den nødvendige lineære hastighed skal først konverteres til skruens omdrejningstal, hvorefter den kritiske hastighed, DN-værdi, aksellængde, understøtningsarrangement og termiske forhold skal kontrolleres.
En skrue kan have tilstrækkelig belastningskapacitet, men stadig være uegnet til en hurtig akse, fordi dens rotationshastighed nærmer sig akselresonans eller overstiger den tilladte hastighed for kuglecirkulationssystemet. Omvendt en korrekt valgthøjhastigheds kugleskruekan give hurtig kørsel og samtidig opretholde stabil bevægelse, acceptabel temperatur og kontrolleret støj.
Følgende kontroller forklarer, hvordan man afgør, om en kugleskrue er egnet til høj-hastigheds-CNC-akser, pakkemaskineri, automationsudstyr, laserbehandlingssystemer og andre hurtige-positioneringsapplikationer.
Start med lineær hastighed
Maskinspecifikationer angiver normalt den krævede lineære kørehastighed, mens kugleskruegrænser ofte udtrykkes som rotationshastighed. Disse værdier er forbundet med skrueledningen:
v = L × n
| v | Lineær hastighed, normalt udtrykt i mm/min |
| L | Kugleskrueledning i mm/omdr |
| n | Skruens omdrejningstal i rpm |
For eksempel vil en maskine, der kræver 30.000 mm/min lineær vandring, have brug for en 10 mm blyskrue til at rotere med 3.000 o/min. En 20 mm blyskrue ville producere den samme lineære hastighed ved 1.500 rpm.
| Påkrævet lineær hastighed | Skrueledning | Påkrævet RPM | Indledende observation |
|---|---|---|---|
| 30.000 mm/min | 5 mm | 6.000 rpm | Høj skruehastighed; grænser kræver omhyggelig kontrol |
| 30.000 mm/min | 10 mm | 3.000 rpm | Mere praktisk til mange industrielle akser |
| 30.000 mm/min | 20 mm | 1.500 rpm | Lavere RPM, men motormoment og positioneringsopløsning skal stadig kontrolleres |
En større ledning kan reducere det nødvendige omdrejningstal for hurtig kørsel, men det er ikke automatisk det bedste valg. Bly påvirker også fremføringsopløsning, påkrævet motormoment, accelerationsrespons og muligheden for tilbage-kørsel. Den komplette akse skal derfor evalueres frem for at vælge bly fra hastighed alene.
Tjek Kritisk hastighed
Kugleskruens kritiske hastighed er forbundet med den roterende skrueaksels naturlige frekvens. Når rotationshastigheden nærmer sig denne frekvens, kan akslen begynde at vibrere eller piske. Overdreven vibration kan forårsage støj, ustabil positionering, lejeskade og for tidlig svigt.
Kritisk hastighed påvirkes hovedsageligt af skruerodens diameter, den ikke-understøttede længde og ende-støttearrangementet. Et længere og tyndere skaft har generelt en lavere kritisk hastighed, mens en større roddiameter og mere stift støttearrangement kan øge den.
| Support arrangement | Relativ kritisk-hastighedsevne | Typisk brug |
|---|---|---|
| Fast-fast | Højest blandt almindelige arrangementer | Længere eller hurtigere akser kræver høj akselstivhed |
| Fast-understøttet | Moderat til høj | Fælles CNC og industriel automationsakser |
| Understøttet-understøttet | Sænke | Applikationer med moderat hastighed og belastning |
| Fast-fri | Laveste | Kort-slag, relativt lav-hastighedsmekanisme |
Tilladt driftshastighed bør baseres på producentens beregning eller katalogværdi, inklusive den anbefalede sikkerhedsmargen. En hyppigt anvendt foreløbig designregel er at holde normal driftshastighed under cirka 80 % af den beregnede kritiske hastighed, men den endelige grænse skal følge dataene for den valgte skrue- og støttekonfiguration.
Tjek DN-værdien
Kritisk hastighed vedrører akselresonans. DN-værdien, nogle gange skrevet som Dm-N afhængigt af producentens definition, vedrører hastighedskapaciteten af møtrik- og kuglecirkulationssystemet.
Referencediameteren kan være den nominelle skruediameter eller kuglestigning-cirkeldiameter, afhængigt af katalogkonventionen. Samme definition skal derfor anvendes ved sammenligning af den beregnede værdi med producentens tilladte DN-vurdering.
Hvis en 25 mm skrue roterer med 4.000 rpm, er dens nominelle -diameter DN-værdi:
Dette resultat skal være under den tilladte DN-værdi for den valgte kugleskrue. Forøgelse af skruediameteren løser ikke et DN--begrænsningsproblem ved samme RPM, fordi DN stiger med diameteren. Hvis den beregnede værdi er for høj, omfatter mulige foranstaltninger at reducere RPM gennem en større ledning, vælge en møtrik med en højere nominel DN-værdi eller bruge et andet drevarrangement.
Vælg leadet omhyggeligt
En høj blykugleskrue bevæger sig en længere afstand under hver omdrejning, hvilket gør det muligt at nå den nødvendige lineære hastighed ved lavere skrueomdrejninger. Dette kan hjælpe en akse med at forblive under både dens kritiske-hastighedsgrænse og tilladte DN-værdi.
Høj bly og høj hastighed beskriver dog forskellige egenskaber. "Høj ledning" refererer til bevægelse pr. omdrejning, mens "høj hastighed" refererer til skruenhedens evne til at fungere pålideligt ved det nødvendige omdrejningstal og lineær hastighed. En høj-blyskrue er ikke nødvendigvis egnet til høj-hastighed, medmindre dens cirkulationssystem, støttelejer, forspænding og smøring også er vurderet til driftstilstanden.
| Udvælgelsesfaktor | Effekt af et større lead | Hvad skal stadig kontrolleres |
|---|---|---|
| Lineær vandring pr. omdrejning | Stiger | Påkrævet slaglængde og maksimal aksehastighed |
| RPM for en given lineær hastighed | Falder | Kritisk hastighed og DN-værdi |
| Feed opløsning | Bliver grovere for samme motoropløsning | Encoder opløsning og positioneringskrav |
| Nødvendigt køremoment | Kan stige for samme aksiale belastning | Motorens drejningsmoment, acceleration og driftscyklus |
Styr Preload og Heat
Forspænding kan forbedre den aksiale stivhed og reducere sløret, men overdreven forspænding øger den indre kontaktkraft, friktionsmoment og varmeudvikling. Dette bliver især vigtigt under kontinuerlig høj-rotation og hyppig acceleration eller deceleration.
En positioneringsakse med høj-hastighed kræver normalt nok forspænding til at opfylde kravene til stivhed og vending-nøjagtighed uden at skabe unødvendigt træk. Den passende forspænding kan ikke vælges fra hastighed alene; aksial belastning, positioneringsnøjagtighed, acceleration og forventet driftstemperatur skal også tages i betragtning.
Termisk ekspansion kan ændre positioneringsnøjagtighed og lejeforspænding under lange driftscyklusser. Præcisionsudstyr kan derfor kræve temperaturovervågning, kontrolleret opvarmning-, kompensation gennem kontrolsystemet eller et fast fast støttearrangement med et passende spændingsdesign.
Bekræft boldrecirkulation
Ved høj rotationshastighed kommer hver bold gentagne gange ind i og forlader den belastede løbebane. Pludselige ændringer i boldens retning kan generere stød, vibrationer og støj. En cirkulationsbane designet til jævn boldovergang er derfor et vigtigt træk ved en høj-kugleskrue.
Ende-hætte, indre-deflektor og eksterne-returstrukturer kan alle bruges i kugleskruer, men deres hastighedsevne er ikke identisk. Strukturen bør ikke bedømmes ud fra dens navn alene. Bekræft den tilladte DN-værdi, maksimale omdrejningstal, støjegenskaber og smørekrav for det faktiske møtrikdesign.
Smøring og tætning
Høj hastighed øger antallet af rullende kontakter pr. minut og kan hæve smøremiddeltemperaturen. For lidt smøremiddel forårsager slitage og varme, mens for meget fedt kan øge kernemodstanden og driftsmomentet.
- Brug et smøremiddel, der anbefales til skruehastighed, belastning, temperatur og driftscyklus.
- Påfør den angivne mængde i stedet for at fylde møtrikken med for meget fedt.
- Indstil eftersmøringsintervaller i henhold til driftstimer og miljøforurening.
- Brug tætninger, bælge eller dæksler, hvor spåner, støv eller kølevæske kan trænge ind i løbebanen.
- Overvej et oliesmøringssystem, når det kræves af kontinuerlig høj-drift.
Den endelige smøremiddeltype og tilførselsmetode skal følge kugleskrueproducentens instruktioner. Olietåge eller cirkulerende olie er ikke automatisk påkrævet for hver-påføring med høj hastighed.
Installations- og støttelejer
Selv en korrekt vurderet kugleskrue kan overophedes eller vibrere, hvis skrueakslen, møtrikhuset og støttelejerne er forkert justeret. Tvunget justering skaber yderligere radial belastning og ujævn kontakt inde i møtrikken.
En høj-installation bør omfatte:
- Nøjagtigt bearbejdede monteringsflader og kontrolleret koaksial justering;
- Vinklede-kontaktstøttelejer med tilstrækkelig hastighed, stivhed og forspændingsevne;
- En kobling, der er egnet til motorhastigheden og forventet forskydning;
- Korrekt tilspænding af lejets låsemøtrik og møtrik-husbefæstelser;
- Manuel bevægelse og prøvedrift med lav-hastighed før fuld-hastighedstest.
Lange-Slaghøje-akser med høj hastighed
Lange ustøttede aksler er mere tilbøjelige til at nå deres kritiske hastighed ved relativt lave omdrejninger. Blot at øge ledningen kan reducere rotationshastigheden, men denne tilgang skal stadig opfylde kravene til belastning, stivhed, positionering og motor.
For særligt lange og hurtige akser kan designere overveje at øge akseldiameteren, forbedre støttearrangementet eller bruge en roterende-møtrikkonfiguration. I et roterende-møtriksystem forbliver skrueakslen stationær, mens møtrikken roterer, hvilket undgår den kritiske-hastighedsbegrænsning forbundet med en lang roterende aksel. Møtrikdrevet, lejearrangementet og smøresystemet bliver så de vigtigste designovervejelser.
Tjekliste til valg af høj-hastighed
| Input | Hvorfor det betyder noget |
|---|---|
| Maksimal og kontinuerlig lineær hastighed | Bruges sammen med bly til at beregne det nødvendige omdrejningstal |
| Føre | Påvirker RPM, opløsning, drejningsmoment og vandring pr. omdrejning |
| Skruediameter og roddiameter | Påvirker stivhed, kritisk hastighed, knæk og belastningskapacitet |
| Ikke-understøttet længde og total slaglængde | Påvirker stærkt kritisk hastighed og akselafbøjning |
| Support arrangement | Ændrer kritisk-hastighedskapacitet og aksial stivhed |
| Maksimal og gennemsnitlig aksial belastning | Nødvendig til belastningsværdi, levetid og motorberegninger |
| Acceleration og driftscyklus | Påvirker dynamisk belastning, motormoment og temperatur |
| Positioneringsnøjagtighed og tilbageslag | Bestem nøjagtighedsgrad og passende forspænding |
| Driftsmiljø | Bestemmer krav til tætning, beskyttelse og smøring |
Konklusion
En passende kugleskrue til drift med høj-hastighed skal opfylde to separate hastighedsgrænser: skrueakslens kritiske hastighed og den tilladte DN-værdi for kuglecirkulationssystemet. Den lavere tilladte værdi bliver den praktiske hastighedsgrænse for rotations-.
Et større lead kan reducere det omdrejningstal, der kræves for at nå den lineære målhastighed, mens et stift støttearrangement kan forbedre kritisk-hastighedskapacitet. Det endelige valg skal også tage højde for belastning, forspænding, motormoment, smøring, justering, driftscyklus og varmeudvikling. For en bredere gennemgang af tilgængelige skruestrukturer og specifikationer, sekugleskrue rækkevidde.
FAQ
Hvordan beregner jeg det nødvendige omdrejningstal for en kugleskrue?Referencer
- THK, tilladte rotationshastighed for kugleskruer.
- Steinmeyer, DN Værdi i kugleskruevalg.
Har du brug for at bekræfte en kugleskrue for en-højhastighedsakse?
Send den nødvendige hastighed, ledning, slaglængde, aksial belastning, støttearrangement og installationstegning til DLY for teknisk bekræftelse.
E-mail:export@dlybearing.com
